Denna graf illustrerar Cepheid-perioden-ljusstyrka-förhållandet, som forskare använder för att beräkna universums storlek, ålder och expansionshastighet. Kredit: NASA / JPL-Caltech / Carnegie
Hur snabbt expanderar vårt universum? Under decennierna har olika uppskattningar använts och uppvärmda debatter över dessa tillnärmningar, men nu har data från Spitzer Space Telescope tillhandahållit den mest exakta mätningen ännu av Hubble-konstanten, eller hastigheten som vårt universum sträcker isär. Resultatet? Universum blir större snabbare än tidigare trott.
Det nyligen förädlade värdet för Hubble-konstanten är 74,3 plus eller minus 2,1 kilometer per sekund per megaparsek.
Den mest tidigare uppskattningen kom från en studie från Hubble Space Telescope, med 74,2 plus eller minus 3,6 kilometer per sekund per megaparsek. En megaparsek är ungefär 3 miljoner ljusår.
För att göra de nya mätningarna tittade Spitzer-forskare på pulserande stjärnor som kallas cephied variabla stjärnor och utnyttjade att de kunde observera dem i infrarött ljus med lång våglängd. Dessutom kombinerades resultaten med tidigare publicerade data från NASA: s Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) om mörk energi. Den nya bestämningen ger osäkerheten ner till 3 procent, ett gigantiskt språng i noggrannhet för kosmologiska mätningar, säger forskare.
WMAP erhöll en oberoende mätning av mörk energi, som tros vinna en strid mot tyngdekraften och dra universums tyg isär. Forskning baserad på denna acceleration fick forskarna 2011 Nobelpriset i fysik.
Hubble-konstanten är uppkallad efter astronomen Edwin P. Hubble, som förvånade världen på 1920-talet genom att bekräfta att vårt universum har expanderat sedan det exploderade till att vara 13,7 miljarder år sedan. I slutet av 1990-talet upptäckte astronomer att expansionen accelererar eller påskyndas med tiden. Att bestämma expansionshastigheten är avgörande för att förstå universums ålder och storlek.
"Detta är ett enormt pussel", sa huvudförfattaren till den nya studien, Wendy Freedman från observatorierna vid Carnegie Institutionen för vetenskap i Pasadena. "Det är spännande att vi kunde använda Spitzer för att hantera grundläggande problem inom kosmologin: den exakta hastigheten som universum expanderar vid nuvarande tidpunkt, samt mäta mängden mörk energi i universum från en annan vinkel." Freedman ledde den banbrytande Hubble Space Telescope-studien som tidigare hade uppmätt Hubble-konstanten.
Glenn Wahlgren, Spitzer-programforskare vid NASA: s högkvarter i Washington, sade att de bättre åsikter om cepheider möjliggjorde Spitzer att förbättra tidigare mätningar av Hubble-konstanten.
"Dessa pulserande stjärnor är viktiga spår i det astronomer kallar den kosmiska avståndsstegen: en uppsättning föremål med kända avstånd som, i kombination med de hastigheter som föremålen rör sig bort från oss, avslöjar universums expansionshastighet," sade Wahlgren.
Cepheider är avgörande för beräkningarna eftersom deras avstånd från jorden lätt kan mätas. År 1908 upptäckte Henrietta Leavitt dessa pulsstjärnor i en takt direkt relaterad till deras inneboende ljusstyrka.
För att visualisera varför detta är viktigt, föreställ dig att någon går bort från dig medan du bär ett ljus. Ju längre ljuset reste, desto mer skulle det dämpa. Dess uppenbara ljusstyrka skulle avslöja avståndet. Samma princip gäller cepheider, standardljus i vårt kosmos. Genom att mäta hur ljusa de framträder på himlen och jämföra detta med deras kända ljusstyrka som om de var på nära håll kan astronomer beräkna deras avstånd från jorden.
Spitzer observerade 10 cepheider i vår egen Vintergalax och 80 i en närliggande närliggande galax som kallas det stora magellanska molnet. Utan att det kosmiska dammet blockerade deras syn, kunde Spitzer-forskargruppen få mer exakta mätningar av stjärnornas uppenbara ljusstyrka och därmed deras avstånd. Dessa data öppnade vägen för en ny och förbättrad uppskattning av vårt universums expansionshastighet.
"För drygt ett decennium sedan var det inte möjligt att använda orden 'precision' och 'kosmologi' i samma mening, och universumets storlek och ålder var inte känt bättre än en faktor två, säger Freedman. ”Nu talar vi om noggrannheter på några procent. Det är ganska extra. ”
"Spitzer gör återigen vetenskap utöver vad den var utformad för att göra", sa projektforskaren Michael Werner vid NASA: s Jet Propulsion Laboratory. Werner har arbetat med uppdraget sedan dess tidiga konceptfas för mer än 30 år sedan. "Först förvånade Spitzer oss med sin banbrytande förmåga att studera exoplanet-atmosfärer," sade Werner, "och nu, i uppdragets senare år, har det blivit ett värdefullt kosmologiskt verktyg."
Studien visas i Astrophysical Journal.
Papper om arXiv: En mitt-infraröd kalibrering av Hubble-konstanten
Källa: JPL
